液压元件与系统设计 未经校正的电液力控制系统是一个零型系统，开环增益kv中有压力增益kp，因为流量伺服阀中kp很高，所以kv很大(为了保证稳定性要降低ka及kf，以降低kv)。阻尼系数?3很低，谐振峰值会超过零分贝线。为了系统稳定，需要校正。  通常在?2前加一个二阶惯性环节以保证稳定。 ?3与?2距离加大，当k很小而?1相对于其它频率很小时，可以把惯性环节看成是积分环节。 * * —— 液压系统设计           （第三讲）                 电液控制系统设计  1 电液控制系统分类  按控制物理量分类 		位置控制系统、速度控制系统、力控制系统 按液压控制元件控制方式的不同分类 		阀控系统、泵控系统 根据输入信号形式和信号处理手段分类 		数字控制系统、模拟控制系统、直流控制系统、交流控制系统、数模混合控制系统。                  2 电液位置控制系统 特点：系统输出的位置同系统的输入量之间始终保持一定的比例关系。 1)电液位置控制系统组成和方块图                  角度同步变压器机可以看作为比例环节： 交流放大和解调器同样视为比例环节：  伺服放大器的输入电压与输出电流近似成比例： 伺服阀的传递函数：                 式中   i——马达轴与负载间齿轮传动比；          TL——系统输出轴阻力矩；  只考虑惯性负载，则阀控马达的滑阀位移对马达输出转角的传递函数为  则系统的方块图为：                    2)性能分析   A．稳定性分析     系统的开环传递函数为  式中  Kv——系统开环增益。                      系统的开环传递函数为  式中  Kv——系统开环增益。                  单位反馈时，系统的闭环传递函数为  利用劳斯判据可知，欲使系统稳定，需满足：	  			  Kv＜2? h? h   ? h值的计算不易准确又不易测定。一般取? h=0.1~0.2。所以系统稳定条件为  			    Kv＜(0.2~0.4) ? h     为了防止系统中由于元件参数变化造成的影响，也为了得到满意的性能指标，一般相位裕量在30?~60? 之间，幅值裕量为6~12分贝。 故特征方程为：                 B．位置控制系统的闭环频率特性      系统的闭环传递函数为  分母的三次多项式可以分解为一个一阶因式和一个二阶因式的乘积：                  闭环惯性环节转折频率的无因次曲线  ? b ? Kv  当?h和Kv/?h较小时，                  当?h和Kv/?h较小时，  ? nc ? ? h                  当?h和Kv/?h较小时，  2? nc ?2? h—Kv/? h                                  C．系统的精度分析 A) 静态误差 对于只有惯性负载的位置控制系统，对输入信号来说，系统的结构是I型。I型系统没有位置误差而只有速度误差。速度误差等于输入速度Vi被开环放大系数除，即  系统对于干扰信号的闭环传递函数为      此式称为系统闭环柔度特性，其倒数即为闭环刚度特性。  系统闭环静态刚度为  对于干扰信号TL来说，系统的结构是零型，干扰力矩引起位置误差为                     B) 伺服阀死区和零飘引起的位置误差    如果伺服阀的死区、液压马达和负载摩擦的死区折合为电流误差?il，电液伺服阀的零飘为?i2，伺服放大器零飘折合到电液伺服阀为?i3；，这些因素引起的位置误差为  Ke、Kd、Kf——反馈取出点经反馈通路到伺服阀输入的增益。    C) 测量元件的误差     测量元件与负载连接，测量元件的固有误差、安装调试和校准误差会反映到输出轴上，其值假设为??a。         总位置误差为                  D．位置控制系统的校正 A)串联滞后校正 作用：提高开环增益以提高精度，其传递函数为：  式中   ——超前环节的转折频率； ?——滞后超前比 ?＞1。  典型滞后校正网络                     校正后系统的开环传递函数为  加入滞后校正的位置系统开环波德图 一般要求： ?选择不超过10~20； Kg＝10~20dB、?＝40?~60?； ?c 位于?rc和?h之间的-20dB/dec区间。  参数选取方法： 当?c确定后，取?rc＝(1/4~1/5) ?c，调整?rc 满足稳定裕量要求。                  B) 速度及加速度反馈校正  反馈校正回路的闭环传递函数为  式中  K1——单有速度反馈校正时校正回路的开环增益，且      K2——单有加速度反馈校正时校正回路的开环增益，且  只有速度反馈校正，即K2＝0时，系统的开环增益由Kv下降到Kv / (1+K1)，固有频率由?h增加  到 ， 阻尼比由? h降低到 ， 提高反馈回路外的增益Ke，可以补偿Kv的下降。 只有加速度反馈时，Kv、?h不变而阻尼比? h提高，提高了稳定性。                     整个位置系统开环传递函数  有速度反馈后的系统开环波德图                          加速度反馈的实质是把输出速度变化率超前反馈，以阻止输出量的变化而形成阻尼。提高了系统等速输入时的平稳性。二阶以上系统用加速度反馈有利于平稳调速，故常用这种校正。  加入速度，加速度反馈校正后：  加速度、速度反馈参数选择原则：  1）根据希望的?’h、?’h求得K1、K2， 2）进一步求出Kfa、Kfv，求出K’v可判定Ka的值 3）通常?’h、?’h有一定限度。要求增大后的?’c以-20dB/dec穿过零分贝线。   加入速度及加速度反馈的系统开环波德图 3 电液速度控制系统  1) 电液速度控制系统的组成及控制方式       小功率：阀—马达组合；      大功率：变量泵—液压马达组合。      A．伺服阀控制液压马达  B．变量泵—定量马达闭环控制     2) 速度控制系统的分析与校正        A．速度控制系统的分析     以阀控马达为例，系统的负载是惯性负载，伺服阀认为是一个比例环节.      系统的开环传递函数为 K0为速度控制系统开环增益 是零型系统，对速度阶跃输入时，速度偏差随速度增大而增大，这是一个有差系统，因此实际上是一个速度调节器。 曲线以-40dB/dec穿过零分贝线，所以穿越频率处相位裕量很小，如果系统不作简化，考虑到?h和?c之间有其它滞后环节，穿越频率?c之处的斜率将是-60dB／dec或 -80dB／dec，系统的相位滞后又将增加90?或180? ，系统肯定是不稳定，即使勉强稳定，由于K0的下降，系统的精度下降。因此速度控制必须校正，才能可靠稳定地工作。     B．速度控制系统的校正     最简单的校正方法是加滞后校正，相当于低频段增加了惯性环节。这时穿越频率附近的斜率为 -20dB／dec。校正后系统的开环传递函数为      由于?h一般为0.1~0.2，从稳定条件出发Kv ??c   (0.2~0.4) ?h。设计校正网络就是要确定K0及T      1g ?
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